二冲程柴油机（两个冲程完成一个循环的柴油机）

简述

通过活塞的两个冲程完成一个工作循环的柴油机称为二冲程柴油机，油机完成一个工作循环曲轴只转一圈，二冲程柴油机与四冲程柴油机基本结构相同，主要差异在配气机构方面。二冲程柴油机没有进气阀，有的连排气阀也没有，而是在气缸下部开设扫气口及排气口；或设扫气口与排气阀机构。并专门设置一个由运动件带动的扫气泵及贮存压力空气的扫气箱，利用活塞与气口的配合完成配气，从而简化了柴油机结，在四冲程柴油机中，活塞走四个冲程才完成一个工作循环，其中两个冲程(进气和排气)，活塞的功用相当于一个空气泵。在二冲程柴油机中，曲轴每转一转，即活塞每两个冲程就完成一个工作循环，并把新鲜空气充满气缸，必须在柴油机上安装专用的扫气泵(增压器)。

工作原理

在四冲程柴油机中，活塞走四个行程才完成一个工作循环，其中两个行程（进气和排气），活塞的功用相当于一个空气泵。在二冲程柴油机中，曲轴每转一转，即活塞每两行行程就完成一个工作循环，而进气和排气过程是利用压缩及工作过程的一部分来完成的，所以二冲程柴油机的活塞没有空气泵的作用。为了排除燃烧后的废气，并使新鲜空气充满气缸，必须在柴油机上安装专用的扫气泵（增压器）。

第一行程：活塞从下止点向上止点运动。当活塞处于下止点位置时，排气门和进气孔早已打开，储气室中的压缩空气便进入气缸内，并冲向排气门，这产生清除废气的作用，同时也使气缸内充满新空气。当活塞由下止点向上止点运动时，进气孔首先由活塞关闭，然后排气门也关闭，空气在气缸内受到压缩，如图a)、b）所示。

第二行程：活塞从上止点向下止点运动。

活塞行至上止点前，喷油器将燃油喷入燃烧室中，压缩空气所产生的高温使雾化的燃油着火，燃烧所产生的压力，推动活塞下行，直到排气门再打开时为止。燃烧后的废气在内外压力差的作用下，自行从排气门排出，如图b)、c）所示。活塞继续下行，当进气孔被活塞打开后，气缸内又进行扫气过程。曲轴每转一转，活塞走了两个行程就完成一个循环，因此叫二冲程柴油机。

在相同的气缸直径和转速下，二冲程柴油机的功率理应比四冲程柴油机增加一倍，但实际上，由于扫气容积的损失、充气时间较短、废气清除困难以及驱动扫气需要消耗一部分功率等原因，使二冲程柴油机的功率只增加60%-70%左右。二冲程柴油机的另一优点是转矩的均匀性比四冲程柴油机好，因为它曲轴旋转一圈完成一个工作循环。

二冲程柴油机

主要零部件

（1）主要固定件：柴油机的主要固定件由机座、机架、气缸和气缸盖等组成，它们构成了柴油机的骨架，支撑运动件和辅助系统。气缸盖是燃烧室的上盖。除和气缸套、活塞共同组成燃烧室外，在它上面还要安装各种阀件。这些阀件有喷油器、气缸起动阀、示功阀、安全阀、排气阀(气阀-气口式二冲程柴油机)等。另外，对于设置进、排气阀的气缸盖上还要布置进、排气道和气阀摇臂机构。

（2）主要运动件：柴油机的主要运动件由活塞、连杆组件及曲轴组成，还有十字头组件。活塞与气缸及气缸盖构成燃烧室，保证柴油机工作过程的进行，同时通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的回转运动，使燃气推动活塞的动力通过曲轴以回转的方式向外输出。十字头组件是船用二冲程十字头式柴油机的特有部件。它的主要作用是将活塞组件和连杆组件连接起来，把活塞的气体力和惯性力传给连杆，承受侧推力并给活塞在气缸中的运动导向。主要包括十字头本体，十字头滑块和十字头轴承（连杆小端轴承）等。

换气方式

结构：它的换气是由上下的进、排气儿完成的，故称气孔式直流换气的二冲程柴油机。进、排气孔的开启和关闭分别由上、下活塞控制。工作时，两个活塞在气缸内作相对运动，燃烧室位于中部，两个活塞通过连杆与上、下曲轴连接，两曲轴通过齿轮轮连接，从一处对外输出有效功。

循环过程

当活塞在其行程顶端时，气缸会储满高压气体。用喷油器将柴油喷入气缸，缸体内的高温和高压使得柴油立即点燃。该过程与柴油机工作原理中所描述的过程相同。燃料燃烧所产生的压力驱动活塞向下运动。这就是动力冲程。当活塞接近冲程底端时，所有的排气门都打开。废气排出缸体，气压降低。当活塞到达行程底端时，就打开了进气口。受压空气填充气缸，并排出剩余废气。关闭排气门，活塞上移，重新关闭进气口并且压缩新充入的空气。这就是压缩冲程。当活塞接近缸顶时，该循环将重复步骤1。

根据本说明，可以看出二冲程柴油机和二冲程汽油机之间的巨大差异：在柴油机中，向气缸注入的只有空气，而不是油气混合体。这意味着二冲程柴油机不会产生困扰二冲程汽油发动机的环境问题。另外，二冲程柴油机必须有涡轮增压器或增压器，这意味着在链锯中不会安装二冲程柴油机，因为那样太昂贵了。

示功图

其中a—k线为扫气过程，k点为扫气终点，它取决于进气孔和排气阀关闭时刻。有的机型是排气阀和进气孔同时关闭。有的排气阀提前关闭。k-c线为压缩过程，其中c'点为开始向气缸喷油的时刻。

在第二冲程中，c-m线为膨胀过程，其中c-z线为燃料剧烈燃烧压力急剧上升阶段，z点为最高燃烧压力点，m点为排气阀开始打开的时刻。这时燃烧产物便从气缸经排气阀、排气管排入大气，压力迅速下降，如m-n线所示，当气缸内的压力大约等于贮气置室的压力时，进气孔才被打开(n点)，这时新鲜空气应入气缸进行扫气过程，如n-a线所示。

现代四冲程和二冲程发动机都成功的使用在各个领域，他们都有各自的特点，一般船用大型低速柴曲机中均采用二冲程发动机，而中、高速柴浊机采用四冲程发动机的居多。

正相同的气缸尺寸和转速下，二冲程发动机的功率理应比四冲程发动机增加一倍，但实际上，由于扫气容积的损失，充气时间较短，废气清除困难以及驱动扫气须要消耗一部分功率等原因，使二冲程发动机的功率只增加60～70%左右。二冲程发动机的另一优点是扭矩的均匀性比四冲程发动机好，因为它曲轴转一转完成一个工作循环。扫气过程时间短是二冲程发动机的一大缺点，此外，二冲程发动机的活塞、气缸盖、气缸，气阀的温度都比四冲程发动机高。

应用

二冲程原理在车用（含工程机械用）柴油机行业应用较少，在大型低速船用柴油机应用广泛。主要原因是船用柴油机的转速较低，二冲程循环既有利于柴油机发挥最大的动力性能和经济性能，又不至于导致热负荷太高而降低零部件的使用寿命，从而整体提高了船用柴油机的实用性和可靠性。

优缺点

（1）动力比四冲程柴油机好，因为它的压缩比比四冲程柴油机高而且废气排放要好。

（2）二冲程机因为比四冲程机减少了2个冲程，所以效率要比四冲程机高。

（3）二冲程机多采用十字头结构，因为活塞行程长，同样功率所需要的爆炸压力更低，对燃烧室部件机械要求降低。

（4）活塞行程长，冲击减小，震动减少。

（5）扭矩的均匀性比四冲程柴油机好，因为它曲轴转一转完成一个工作循环。

（6）回转较均匀。

（7）结构较简单。

（1）二冲程柴油机油耗大，因为它的燃油利用率要低些，有相当一部分的油气没有燃烧或燃烧不充分就被排放出去，所以尾气中的碳氢化合物比四冲程的高好几倍。

（2）二冲程机器启动所需要的缸数多。

（3）扫气过程时间短，扫气不如四冲程机完全，造成对增压器的依赖。

（4）二冲程柴油机的活塞、气缸盖、气缸、气阀的温度都比四冲程柴油机高许多。

（5）换气质量差、热效率低。

（6）热负荷较高。